太阳城集团

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医疗用机械手和医疗用机械手的控制方法.pdf

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医疗 机械手 控制 方法
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摘要
申请专利号:

CN201480005242.8

申请日:

20140128

公开号:

CN104936548A

公开日:

20150923

当前法律状态:

有效性:

有效

法律详情:
IPC分类号: A61B19/00,B25J13/00 主分类号: A61B19/00,B25J13/00
申请人: 奥林巴斯株式会社
发明人: 井上慎太郎,岸宏亮
地址: 日本东京都
优先权: 61/757,427
专利代理机构: 北京三友知识产权代理有限公司 代理人: 王小东
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法律状态
申请(专利)号:

CN201480005242.8

授权太阳城集团号:

法律状态太阳城集团日:

法律状态类型:

摘要

太阳城集团一种医疗用机械手,包括:插入部,所述插入部具有主可动部和远端刚性部;机械手,在所述机械手处设置有处置部;辅助可动部,所述辅助可动部被配置成移动所述处置部;成像部,所述成像部被配置成获取视野范围中的图像;操作单元,所述操作单元被配置成输出一指令,所述指令指定了所述处置部要移动到的位置;显示器,所述显示器被配置成显示所述图像;确定单元,所述确定单元被配置成在接收到所述指令时,确定条件是部分移动条件还是全体移动条件;以及驱动单元,所述驱动单元被配置成基于所述确定单元的确定来驱动所述辅助可动部、所述主可动部和所述成像部。

权利要求书

1.一种医疗用机械手,该医疗用机械手包括:插入部,所述插入部被配置成用于插入身体中,所述插入部具有被配置成能移动的主可动部和设置成比所述主可动部更接近所述插入部的远端的远端刚性部;机械手,所述机械手具有远端部,在所述远端部处设置有处置部;辅助可动部,所述辅助可动部被配置成以至少一个自由度相对于所述远端刚性部移动所述处置部;成像部,所述成像部被配置成能相对于所述远端刚性部移动,所述成像部被配置成能获取视野范围中的图像;操作单元,所述操作单元被配置成输出一指令,所述指令指定了所述处置部要移动到的位置;显示器,所述显示器被配置成显示所述图像;确定单元,所述确定单元被配置成确定条件是部分移动条件还是全体移动条件,在所述部分移动条件下仅需要移动所述辅助可动部,在所述全体移动条件下需要移动所述辅助可动部和所述主可动部二者,以当所述确定单元接收到所述指令时将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置;以及驱动单元,所述驱动单元被配置成基于由所述确定单元确定的所述部分移动条件或所述全体移动条件来驱动所述辅助可动部、所述主可动部和所述成像部,其中,所述驱动单元具有视野固定模式,在所述视野固定模式下,当所述确定单元确定了所述条件为所述全体移动条件时,所述驱动单元移动所述辅助可动部和所述主可动部,以将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置,并且所述驱动单元移动所述成像部使得测试对象的目标区域投影在基准区域中,所述基准区域形成所述图像的一部分。2.根据权利要求1所述的医疗用机械手,其中,所述辅助可动部被设置成比所述处置部更接近所述机械手的近端,并且所述机械手的近端部被附接至所述远端刚性部。3.根据权利要求1所述的医疗用机械手,其中,所述辅助可动部设置在所述插入部处,并且所述机械手被插入所述远端刚性部中形成的通道以前进和后退。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的医疗用机械手,其中,所述驱动单元基于一移动量来移动所述成像部,当所述确定单元确定了所述条件为所述全体移动条件时,所述主可动部以所述移动量移动。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的医疗用机械手,其中,所述基准区域的尺寸能够变化。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的医疗用机械手,其中,所述测试对象的所述目标区域能够由操作者设定。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的医疗用机械手,其中,所述测试对象的所述目标区域被设定到当由操作者输入确认指令时所述测试对象的投影到所述图像的中心的部分。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的医疗用机械手,其中,所述驱动单元具有视野非固定模式,在所述视野非固定模式下,当所述确定单元确定了所述条件为所述全体移动条件时,所述驱动单元移动所述辅助可动部和所述主可动部,以将所述处置部移动到在所述指令中指定的所述位置,并且所述驱动单元不会自动地移动所述成像部,并且所述驱动单元被配置成设定到所述视野固定模式和所述视野非固定模式中的一者,并且被配置成能够从所述视野固定模式和所述视野非固定模式中的一者切换到所述视野固定模式和所述视野非固定模式中的另一者。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的医疗用机械手,其中,当所述确定单元确定了所述条件为所述全体移动条件时,所述驱动单元基于所述图像来移动所述成像部。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的医疗用机械手,其中,从所述操作单元输出的所述指令指定所述处置部要移动到的位置和取向,通过将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置和取向,所述确定单元确定所述条件是所述部分移动条件还是所述全体移动条件,并且所述驱动单元将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置和取向。11.一种控制医疗用机械手的控制方法,该医疗用机械手包括:插入部,所述插入部被配置成用于插入身体中,并且具有被配置成能移动的主可动部和设置成比所述主可动部更接近所述插入部的远端的远端刚性部;机械手,所述机械手具有远端部,在所述远端部处设置有处置部;辅助可动部,所述辅助可动部被配置成以至少一个自由度相对于所述远端刚性部移动所述处置部;成像部,所述成像部被配置成能相对于所述远端刚性部移动并且被配置成获取视野范围中的图像;以及操作单元,所述操作单元被配置成输出指令,所述指令指定所述处置部要移动到的位置,所述控制方法包括:当接收到所述指令时,确定条件为部分移动条件还是全体移动条件,在所述部分移动条件下,仅需要移动所述辅助可动部,在所述全体移动条件下,需要移动所述辅助可动部和所述主可动部二者,以便将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置;当所述条件被确定为所述部分移动条件时,移动所述辅助可动部而无需移动所述主可动部,并且将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置;并且当所述条件被确定为所述全体移动条件时,移动所述辅助可动部和所述主可动部,并且将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置,移动所述成像部使得测试对象的目标区域被投影在基准区域中,所述基准区域形成所述图像的一部分。12.根据权利要求11所述的控制医疗用机械手的控制方法,所述控制方法进一步包括:当所述条件被确定为所述全体移动条件时,基于使所述主可动部移动的移动量来移动所述成像部。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在插入体腔中时使用的医疗用机械手,以及一种控制所述医疗用机械手的控制方法。要求2013年1月28日递交的美国临时专利申请第61/757,427号的优先权,该申请的全部内容通过援引并入本文中。

背景技术

近年来,为了使医生容易地执行手术,已经对使用机械手治疗进行了研究,该机械手可以以诸如弯曲动作、移动动作等各种形式变形。为了在手术期间减少患者的负担,已经考虑在将插入部从形成在体壁中的开口导入体腔等之后执行手术。

例如,在特许文献1中公开的内窥镜外科手术器械由用于内窥镜手术的套管针、处理器、显示器和处置工具(treatment tool)构成。

太阳城集团所述套管针是具有穿过体壁的中空轴的引导构件。连接构件由连接销附接至中空轴的远端部。连接构件具有伸缩式结构,该伸缩式结构包括位于连接销附近的主体部以及以可滑动的方式插入主体部中的滑动器。随着滑动器太阳城集团主体部的突出量被控制,连接构件的长度可以变化。成像装置(成像部)由连接销以可转动的方式附接至滑动器的远端部。成像装置的输出信号输入到处理器中。

太阳城集团由马达使连接构件围绕连接销转动,连接构件的膨胀/收缩量被控制,并且使成像装置围绕连接销转动。处理器包括:信号处理器,该信号处理器被配置成处理来自成像装置的信号;控制电路,该控制电路被配置成计算连接构件的突出量等;以及驱动电路,该驱动电路被配置成驱动所述马达。信号处理器具有倾斜检测器,该倾斜检测器被配置成计算中空轴围绕其穿过体壁的部分的大致中心(作为支撑点)倾斜时中空轴的倾斜量。使用由倾斜检测器计算出的倾斜量,控制电路计算连接构件的转动量和膨胀/收缩量,使得在使中空轴倾斜之前和之后将成像装置布置在大致相同的位置。驱动电路使连接构件旋转并膨胀/收缩,并且使成像装置旋转。

在处置工具中,刚性的处置工具插入部从由诸如医生等的操作者操作的操作单元延伸,并且以可交换的方式插入套管针中。诸如一对夹持镊子的处置部被设置在处置工具插入部的远端处。配置成开闭这一对夹持镊子的手柄和配置成操作上述马达的操作装置(诸如按钮等)被设置在操作单元处。

具有上述配置的内窥镜外科手术器械的效果如下。操作者操作操作装置,以将中空轴、连接构件和成像装置布置在同一轴线上。这些器件经由套管针被插入体腔中。当操作者操作该操作单元并且使用体壁作为支撑点使中空轴倾斜时,上述的控制电路和驱动电路使成像装置旋转。为此原因,成像装置可以维持这样的状态,即:观察图像被大致匹配于显示器的显示屏幕上,由于中空轴的倾斜而受到的影响不大。

引用列表

专利文献

太阳城集团特许文献1:PCT国际公布WO 2007/097034

发明内容

太阳城集团 本发明要解决的问题

在上述的常规内窥镜外科手术器械中,每当所述处置工具与所述中空轴倾斜时,使所述成像装置旋转。虽然通过控制所述处理器而显示在所述显示器上的观察图像(图像)被控制成不移动,但也限制了控制的精度。也就是说,经由上述控制使显示在显示器上的观察图像移动而产生微小的振动,操作者无法容易地识别观察图像。

太阳城集团本发明旨在提供一种能够抑制显示在显示器上的图像在处置工具移动时移动的医疗用机械手以及一种所述医疗用机械手的控制方法。

解决问题的手段

根据本发明的第一方面,一种医疗用机械手包括:插入部,所述插入部被配置成用于插入身体中,所述插入部具有被配置成能移动的主可动部和设置成比所述主可动部更接近所述插入部的远端的远端刚性部;机械手,所述机械手具有远端部,在所述远端部处设置有处置部;辅助可动部,所述辅助可动部被配置成以至少一个自由度相对于所述远端刚性部移动所述处置部;成像部,所述成像部被配置成能相对于所述远端刚性部移动,所述成像部被配置成获取视野范围中的图像;操作单元,所述操作单元被配置成输出指令,所述指令指定了所述处置部要移动到的位置;显示器,所述显示器被配置成显示所述图像;确定单元,所述确定单元被配置成确定条件是部分移动条件还是全体移动条件,在所述部分移动条件下仅需要移动所述辅助可动部,在所述全体移动条件下需要移动所述辅助可动部和所述主可动部二者,以当所述确定单元接收到所述指令时将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置;以及驱动单元,所述驱动单元被配置成基于由所述确定单元确定的所述部分移动条件或所述全体移动条件来驱动所述辅助可动部、所述主可动部和所述成像部。所述驱动单元具有视野固定模式,在所述视野固定模式下,当所述确定单元确定了所述条件为所述全体移动条件时,所述驱动单元移动所述辅助可动部和所述主可动部,以将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置,并且所述驱动单元移动所述成像部使得测试对象的目标区域投影在基准区域中,所述基准区域形成所述图像的一部分。

太阳城集团根据本发明的第二方面,在根据第一方面所述的医疗用机械手中,所述辅助可动部可设置成比所述处置部更接近所述机械手的近端。所述机械手的近端部可附接至所述远端刚性部。

根据本发明的第三方面,在根据第一方面所述的医疗用机械手中,所述辅助可动部可设置在所述插入部处。所述机械手可插入所述远端刚性部中形成的通道以前进和后退。

根据本发明的第四方面,在根据第一方面至第三方面中的任一方面所述的医疗用机械手中,所述驱动单元可基于一移动量来移动所述成像部,当所述确定单元确定了所述条件为所述全体移动条件时,所述主可动部以所述移动量移动。

根据本发明的第五方面,在根据第一方面至第四方面中的任一方面所述的医疗用机械手中,所述基准区域的尺寸可以是能够变化的。

太阳城集团根据本发明的第六方面,在根据第一方面至第五方面中的任一方面所述的医疗用机械手中,所述测试对象的所述目标区域可以能够由操作者设定。

太阳城集团根据本发明的第七方面,在根据第一方面至第六方面中的任一方面所述的医疗用机械手中,所述测试对象的所述目标区域可设定到当由操作者输入确认指令时使所述测试对象投影到所述图像的中心的部分。

太阳城集团根据本发明的第八方面,在根据第一方面至第七方面中的任一方面所述的医疗用机械手中,所述驱动单元可具有视野非固定模式,在所述视野非固定模式下,当所述确定单元确定了所述条件为所述全体移动条件时,所述驱动单元移动所述辅助可动部和所述主可动部,以将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置,并且所述驱动单元不会自动地移动所述成像部。所述驱动单元可配置成设定到所述视野固定模式和所述视野非固定模式中的一者,并且可配置成能够从所述视野固定模式和所述视野非固定模式中的一者切换到所述视野固定模式和所述视野非固定模式中的另一者。

根据本发明的第九方面,在根据第一方面至第八方面中的任一方面所述的医疗用机械手中,当所述确定单元确定了所述条件为所述全体移动条件时,所述驱动单元可基于所述图像来移动所述成像部。

根据本发明的第十方面,在根据第一方面至第九方面中的任一方面所述的医疗用机械手中,从所述操作单元输出的所述指令可指定所述处置部要移动到的位置和取向。通过将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置和所述取向,所述确定单元可确定所述条件是所述部分移动条件还是所述全体移动条件。所述驱动单元可将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置和取向。

太阳城集团根据本发明的第十一方面,一种控制医疗用机械手的控制方法,该医疗用机械手包括:插入部,所述插入部被配置成用于插入身体中,并且具有被配置成可移动的主可动部和设置成比所述主可动部更接近所述插入部的远端的远端刚性部;机械手,所述机械手具有远端部,在所述远端部处设置有处置部;辅助可动部,所述辅助可动部被配置成以至少一个自由度相对于所述远端刚性部移动所述处置部;成像部,所述成像部被配置成能相对于所述远端刚性部移动并且被配置成获取视野范围中的图像;以及操作单元,所述操作单元被配置成输出指令,所述指令指定了所述处置部要移动到的位置,所述控制方法包括:当接收到所述指令时,确定条件是部分移动条件还是全体移动条件,在所述部分移动条件下,仅需要移动所述辅助可动部,在所述全体移动条件下,需要移动所述辅助可动部和所述主可动部二者,以便将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置;当所述条件确定为所述部分移动条件时,移动所述辅助可动部而无需移动所述主可动部,并且将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置;并且当所述条件确定为所述全体移动条件时,移动所述辅助可动部和所述主可动部,并且将所述处置部移动到在所述指令中指定的位置,移动所述成像部使得测试对象的目标区域被投影在基准区域中,所述基准区域形成所述图像的一部分。

根据本发明的第十二方面,控制根据第十一方面所述的医疗用机械手的控制方法可进一步包括:当所述条件确定为所述全体移动条件时,基于使所述主可动部移动的移动量来移动所述成像部。

本发明的有益效果

太阳城集团根据上述医疗用机械手,可以抑制所述操作者操作所述操作单元以移动所述处置工具时显示在所述显示器上的图像的移动。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施方式的医疗用机械手的总体图。

太阳城集团图2是根据本发明的第一实施方式的医疗用机械手的框图。

图3是根据本发明的第一实施方式的医疗用机械手的套管(overtube)的远端部的立体图。

图4是示出套管的远端表面与目标组织相对的状态的视图。

太阳城集团图5是示出当套管的远端表面与目标组织相对时显示在显示器上的图像的示例的视图。

太阳城集团图6是示出根据本发明的第一实施方式的医疗用机械手的处置工具的接头部被弯曲的状态的视图。

图7是示出当处置工具的接头部被弯曲时显示在显示器上的图像的示例的视图。

图8是示出位于由根据本发明的第一实施方式的医疗用机械手获取的图像中的基准区域与目标区域之间的位置关系的视图。

图9是示出处置工具的接头部以及内窥镜被弯曲的状态的视图。

太阳城集团图10是根据本发明的第一实施方式的医疗用机械手的内窥镜等被建模的视图。

图11是描述当根据本发明的第一实施方式的医疗用机械手的内窥镜等建模时的内窥镜的弯曲角度的视图。

太阳城集团图12是示出太阳城集团位于由根据本发明的第一实施方式的医疗用机械手获取的图像中的基准区域来移动目标区域的状态的视图。

图13是示出当处置工具和内窥镜被弯曲时显示在显示器上的图像的示例的视图。

太阳城集团图14是根据本发明的第二实施方式的医疗用机械手的框图。

图15是示出由根据本发明的第二实施方式的医疗用机械手的变型例中的医疗用机械手获取的图像的基准区域与目标区域之间的位置关系的视图。

图16是示出太阳城集团位于由医疗用机械手获取的图像中的基准区域来移动目标区域的状态的视图。

图17是根据医疗用机械手(根据本发明的实施方式)的变型例的套管的远端部的立体图。

具体实施方式

(第一实施方式)

太阳城集团下文中,参考图1至图13来描述根据本发明的第一实施方式的医疗用机械手。

太阳城集团如图1至图3所示,根据本实施方式的医疗用机械手1包括套管(插入部)10、处置工具(机械手)20、内窥镜(成像部)30、操作单元40、显示器50和控制装置60。套管10插入身体中。处置工具20的近端部附接至远端刚性部11,远端刚性部11布置在套管10的远端处。内窥镜30被配置成能太阳城集团远端刚性部11移动。操作单元40由诸如医生等的操作者O操作,以输出操作指令(指令)。显示器50显示由内窥镜30获取的图像。控制装置60根据操作指令来控制套管10、处置工具20和内窥镜30。

套管10具有柔性。如图3所示,套管10具有上述的远端刚性部11、弯曲部(主可动部)12和柔性管部13。弯曲部12被设置成比远端刚性部11更接近套管10的近端,并且被配置成能弯曲。柔性管部13被设置成比弯曲部12更接近近端,并且具有柔性。

远端刚性部11由诸如不锈钢等金属形成,呈柱形。上述处置工具20的近端部附接至远端刚性部11的远端表面11a。

具有已知配置的机构可用作弯曲部12。虽然未示出,但弯曲部12包括以可转动的方式彼此连接的多个接头环,并且所述多个接头环沿套管10的轴线C1的方向平行地布置。四个操作线的远端部围绕轴线C1以相等的角度间隔连接至多个接头环之中的靠近远端的接头环。操作线的近端部分别连接到弯曲马达16(见图2),弯曲马达16设置在套管10的近端部处。当借助弯曲马达16在轴线C1的方向上拉动操作线的近端部时,弯曲部12可以在图3示出的垂直于轴线C1的方向X1和方向X2上被弯曲。方向X1和方向X2彼此垂直。以这种方式,弯曲部12具有两个自由度。

操作线在轴线C1的方向上的移动量由牵引量检测传感器17(见图2)检测。牵引量检测传感器17将检测到的移动量转换为信号,该信号被输出到控制装置60。

如图3所示,在套管10中形成有通道18。通道18在远端表面11a处具有开口,并且在套管10的轴线C1的方向上延伸。

处置工具20包括多个管状体21,这多个管状体21在处置工具20的纵向方向上平行地布置。处置工具20被配置成使得纵向方向上相邻的管状体21由接头部(辅助可动部)22连接起来。作为示例,管状体21和接头部22由具有绝缘性能的材料(诸如陶瓷等)形成。如图2所示,角度检测传感器23和接头驱动马达24设置在接头部22中。角度检测传感器23检测相邻的管状体21围绕接头部22的轴线C2(见图3)形成的角度。角度检测传感器23例如是编码器、电位计等。接头驱动马达24调节该角度。角度检测传感器23将检测到的角度转换为信号,该信号被输出到控制装置60。接头驱动马达24被控制装置60驱动。也就是说,在接头驱动马达24使刀26转动时,刀26可以以一个自由度太阳城集团远端刚性部11移动。

如图3所示,刀(处置部)26的形成杆形的近端部被固定到布置在远端侧的管状体21。刀26可以由具有生物相容性的金属(诸如不锈钢等)形成。

太阳城集团图2示出的配线201的一个端部被连接到刀26的近端部。配线201布置在管状体21和接头部22中。配线201的另一端部被连接到高频发生器200,高频发生器200可以输出高频电流。高频发生器200被连接到控制装置60。高频发生器200根据控制装置60的控制而输出高频电流。

当接头驱动马达24被驱动时,刀26围绕轴线C2相对于远端刚性部11转动,并且可以在限定于基准平面上的图3所示出的范围R1内移动。

在本实施方式中,为了方便说明,描述了处置工具20包括一个接头部22的示例。然而,并未限制包括在处置工具20中的接头部22的数量,并且处置工具20可包括两个或更多个接头部22。在这种情况下,机械手具有多接头结构。为此,刀26可以以两个或更多个自由度太阳城集团远端刚性部11移动。如同上述的弯曲部12,处置工具20可被配置成使得所述多个接头环(区段)以可转动的方式进行连接。

太阳城集团虽然未详细地示出,但在内窥镜30中,由上述多个接头环构成的多接头结构设置在成像部主体31中,成像部主体31由诸如硅等柔性材料形成,呈柱形。操作线(未示出)的远端部连接至所述多个接头环之中的靠近远端的接头环。图2示出的弯曲马达33的驱动轴被连接到操作线的近端部。弯曲马达33的驱动轴的转数由角度检测传感器34检测。由角度检测传感器34检测到的转数被输出到控制装置60。

具有LED的照明单元35以及具有CCD等的成像单元36设置在成像部主体31的远端表面31a处,照明单元35和成像单元36被暴露至外部。通过接收来自电源66(下面将描述)的电力,使照明单元35照亮内窥镜30的前方。成像单元36可以获取限定在内窥镜30前面的预定的视野范围R3之中的图像。成像单元36将图像转换为信号,该信号被输出到控制装置60。

内窥镜30插入套管10的通道18中,并被维持在使内窥镜30的远端部从远端刚性部11朝向其前方突出的状态下。多个接头环也设置在成像部主体31的从远端刚性部11朝向其前方突出的部分中。在弯曲马达33被驱动而使操作线进退时,从远端刚性部11朝向其前方突出的成像部主体31可以以预定形状弯曲。

太阳城集团如图1和图2所示,操作单元40具有:附接至操作台41的一对操作臂42和43;以及布置在地板F上的脚踏开关44。

太阳城集团操作臂42和43具有多接头结构。操作臂42被配置成操作套管10的弯曲部12而使之弯曲,并且操作处置工具20的刀26的位置和取向(方向)。操作臂43被配置成操作内窥镜30而使之弯曲。当操作所述操作臂42和43时,操作指令被输出到控制装置60。

图2示出的用于切换操作臂模式的切换杆42a设置在操作臂42的远端部处。随着切换杆42a的操作,操作臂模式切换信号被输出到控制装置60的驱动量计算器67(下面将描述)。因此,驱动量计算器67的操作臂控制模式在弯曲部操作模式和刀操作模式之间进行切换。在弯曲部操作模式下,由操作臂42控制的目标是套管10的弯曲部12。在刀操作模式下,由操作臂42控制的目标是处置工具20的刀26。

电源连接杆43a被配置成输出来自上述高频发生器200的高频电流,其设置在操作臂43的远端部处。

太阳城集团脚踏开关44包括用于成像部控制模式的转换开关44a并包括确认开关44b。转换开关44a用于切换驱动量计算器67(下面将描述)的成像部控制模式。确认开关44b用于允许操作者O输入确认指令等。随着转换开关44a的操作,成像部控制模式切换信号被输出到驱动量计算器67。因此,驱动量计算器67的成像部控制模式在视野固定模式和视野非固定模式之间进行切换。在视野固定模式下,可以自动操作内窥镜30而使之弯曲。在视野非固定模式下,无法自动操作内窥镜30而使之弯曲。

如图1所示,当操作臂42和43被他/她的手握持时,显示器50布置在与操作者O相对的位置。显示器50被连接到控制装置60。

如图2所示,控制装置60具有确定单元62、驱动单元63、位置检测器64、用于显示器的图像处理器65以及电源66。确定单元62、驱动单元63、位置检测器64和图像处理器65被连接到总线61。套管10的弯曲马达16和牵引量检测传感器17、处置工具20的角度检测传感器23和接头驱动马达24、内窥镜30的弯曲马达33、角度检测传感器34和成像单元36、操作单元40的操作臂42和43、切换杆42a、电源连接杆43a和脚踏开关44以及显示器50被连接到总线61。

确定单元62、驱动单元63、位置检测器64和图像处理器65均由计算元件、存储器、控制程序等构成。下文中,将首先描述位置检测器64。

显示弯曲部12的弯曲量对操作线的移动量的表、套管10的远端刚性部11的长度、处置工具20的管状体21的长度、处置工具20的刀26的长度、内窥镜30的接头环的长度、视野范围R3相对于照明单元35的方向等被存储在位置检测器64的存储器中

基于由牵引量检测传感器17检测到的移动量、存储在存储器中的表等,位置检测器64的计算元件计算出弯曲部12的弯曲量和套管10的远端表面11a的移动量。基于由处置工具20的角度检测传感器23检测到的角度以及存储在存储器中的值,位置检测器64的计算元件计算出处置工具20的形状、处置工具20的刀26相对于套管10的远端表面11a的位置等。基于由内窥镜30的角度检测传感器34检测到的角度以及存储在存储器中的值,位置检测器64的计算元件计算出内窥镜30的形状、内窥镜30的远端表面31a相对于套管10的远端表面11a的位置等。基于远端表面31a的位置以及存储在存储器中的值,位置检测器64的计算元件计算出相对于套管10的远端表面11a的视野范围R3。

驱动量检测器被配置成检测刀26的位置以及内窥镜30的远端表面31a的位置,并且由角度检测传感器23和34以及位置检测器64构成。

如图2所示,驱动单元63包括驱动量计算器67、套管驱动单元68、处置工具驱动单元69和内窥镜驱动单元70。

如上所述,在操作臂控制模式下,驱动量计算器67具有弯曲部操作模式和刀操作模式。在成像部控制模式下,驱动量计算器67具有视野固定模式和视野非固定模式。

当操作臂控制模式为弯曲部操作模式时,驱动量计算器67识别从操作臂42输出的操作指令,作为使套管10的弯曲部12弯曲的指令。基于该操作指令,驱动量计算器67将标明待被驱动的弯曲马达16及其驱动量的信号输出到套管驱动单元68。

太阳城集团与此同时,当操作臂控制模式为刀操作模式时,驱动量计算器67识别从操作臂42输出的操作指令,作为表明刀26移动的位置和取向的指令。

太阳城集团当确定单元62确定了条件为如下面描述的部分移动条件时,驱动量计算器67通过已知的逆向运动学(inverse kinematics)计算等而计算出接头驱动马达24的驱动量。部分移动条件是这样的条件,即:当基于操作指令来使刀26移动时,可以仅通过使处置工具20的接头部22转动而不使套管10的弯曲部12弯曲来移动刀26。驱动量计算器67将标明接头驱动马达24的计算出的驱动量的信号输出到处置工具驱动单元69。

另一方面,当确定单元62确定了条件为全体移动条件时,驱动量计算器67通过逆向运动学计算而计算出接头驱动马达24和弯曲马达16的驱动量。全体移动条件是这样的条件,即:当基于操作指令使刀26移动时,需要使处置工具20的接头部22转动并使套管10的弯曲部12弯曲。驱动量计算器67将标明接头驱动马达24和弯曲马达16的计算出的驱动量的信号分别输出到处置工具驱动单元69和内窥镜驱动单元70。在此,当上述的成像部控制模式为视野非固定模式时,内窥镜30不会自动弯曲。当成像部控制模式为视野固定模式时,内窥镜30根据条件自动弯曲。

太阳城集团套管驱动单元68、处置工具驱动单元69以及内窥镜驱动单元70是驱动器,分别被配置成驱动套管10的弯曲马达16、处置工具20的接头驱动马达24以及内窥镜30的弯曲马达33。套管驱动单元68、处置工具驱动单元69以及内窥镜驱动单元70基于从驱动量计算器67输出的信号而分别驱动弯曲马达16、接头驱动马达24以及弯曲马达33。

当驱动量计算器67的成像部控制模式为视野固定模式并且操作臂控制模式为刀操作模式时,确定单元62获取由驱动量计算器67识别的刀26的移动位置和取向。确定单元62确定:条件是仅需要使处置工具20的接头部22转动的部分移动条件,还是需要使处置工具20的接头部22转动并使套管10的弯曲部12弯曲的全体移动条件,以便使刀26移动,以经由逆向运动学计算将刀26的位置和取向与所获取的位置和取向的命令值匹配。确定单元62将确定的移动条件输出到驱动量计算器67。也就是说,在使刀26在范围R1内相对于远端刚性部11移动的操作指令的情况下,例如,当操作臂42的操作量相对较小时,确定单元62确定了条件为部分移动条件。驱动量计算器67通过处置工具驱动单元69使处置工具20的接头部22转动而不使弯曲部12弯曲。与此同时,在使刀26超出范围R1而相对于远端刚性部11移动的操作指令的情况下,例如,当操作臂42的操作量相对较大时,确定单元62确定了条件为全体移动条件。通过处置工具驱动单元69和内窥镜驱动单元70,驱动量计算器67使套管10的弯曲部12弯曲,同时使处置工具20的接头部22转动。

太阳城集团图像处理器65适当地转换从成像单元36输出的图像信号,转换后的图像信号被输出到显示器50。

电源66将从外部输入的电力供给到套管10、处置工具20、内窥镜30、操作单元40、显示器50、控制装置60的确定单元62等等。

接着,描述使用具有上述配置的根据本实施方式的医疗用机械手1的手术,着眼于当使刀26移动时使用的医疗用机械手1的控制方法。下文中,虽然描述的情况是处置形成在大肠(测试对象)的内壁中的目标组织,但目标区域并不限于此。例如,目标区域可以是中空器官,诸如食道、胃、十二指肠、小肠、子宫、膀胱,等等。

太阳城集团如图1所示,助手(未示出)将患者P放置在旁边布置有操作单元40的手术台71上,并且执行适当的处置,诸如消毒、麻醉,等等。当启动医疗用机械手1时,电力被从电源66供给到套管10、处置工具20、内窥镜30、操作单元40、显示器50、控制装置60的确定单元62,等等。

操作者O操作脚踏开关44的转换开关44a,以将成像部控制模式切换为视野非固定模式。操作者O操作切换杆42a,以将操作臂控制模式切换为刀操作模式。操作者O对操作臂42进行操作,以将处置工具20变形为沿着轴线C1的直线形状,如图4所示。操作者O操作操作臂43,以将内窥镜30变形为沿着轴线C1的直线形状。

操作者O操作切换杆42a,以将操作臂控制模式切换为弯曲部操作模式。操作者O操作脚踏开关44的转换开关44a,以将成像部控制模式切换为视野固定模式。

操作者O通过将电力从电源66供给到成像单元36而照亮内窥镜30的前方。操作者O握持操作臂42和43,并且通过显示器50检查由成像单元36获取的位于内窥镜30前面的图像。

如图4所示,操作者O指示助手将套管10从患者P的肛门导入大肠P1中。当操作者O操作该操作臂42以使套管10的弯曲部12弯曲时,从操作臂42输出操作指令。在驱动量计算器67中,因为操作臂控制模式为弯曲部操作模式,所以基于操作指令来驱动弯曲马达16,使弯曲部12弯曲。因此,套管10的远端表面11a的方向以及从远端表面11a向前突出的处置工具20和内窥镜30的方向相对于套管10的柔性管部13是变化的。

当套管10的远端表面11a与大肠P1中的目标组织P2相对时,操作者O指示助手停止套管10的引入。操作者O将大肠P1的目标组织P2和远端表面11a之间的距离调节为预定值。在此,图像G1显示在显示器50上,如图5所示,大肠P1的目标组织P2投影在图像G1上。

操作者O操作切换杆42a,以将操作臂控制模式切换为刀操作模式。在此,例如,当操作者O以如上所述使刀26在范围R1内移动的较小操作量来操作该操作臂42时,从操作臂42输出的操作指令被识别为由驱动量计算器67使刀26移动到的位置和取向。

太阳城集团确定单元62确定条件是部分移动条件还是全体移动条件,以便移动刀26以使刀26的位置和取向与经由逆向运动学计算(移动条件确定过程)所获取的位置和取向的命令值匹配。在这种情况下,确定单元62确定条件为使操作臂42的操作量相对较小的部分移动条件,也就是说,仅需要使接头部22转动,无需使弯曲部12弯曲。

太阳城集团移动条件作为部分移动条件从确定单元62输出到驱动单元63的驱动量计算器67,并且驱动单元63的驱动量计算器67使用处置工具驱动单元69来驱动接头驱动马达24。如图6所示,驱动量计算器67仅使接头部22转动,并且使用接头驱动马达24将刀26移动到在操作指令中指定的位置和取向,无需使弯曲部12弯曲(部分移动过程)。在此,因为并未移动内窥镜30,如图7所示,在目标组织P2没有移动的情况下使处置工具20相对于目标组织P2较微小地移动的图像G2显示在显示器50上。

太阳城集团与此同时,例如,操作者O以其中如上所述使刀26从处置工具20处于直线形状的状态移动超出范围R1的相对较大的操作量操作该操作臂42。在这种情况下,在上述的移动条件确定过程中,确定单元62确定条件为操作臂42的操作量相对较大的全体移动条件,也就是说,需要使接头部22转动并使套管10的弯曲部12弯曲。

当确定单元62确定了条件为全体移动条件时,驱动量计算器67自动设定大肠P1的投影到基准区域G5的中央部分的部分作为目标区域P3,基准区域G5形成由成像单元36获取的图8中示出的图像G4的一部分。在图8中,示出了构成图像G4的像素G7。在图8和图12(下面将描述)中,未示出处置工具20。基准区域G5由整体上配置为矩形形状的九个像素G7构成。基准区域G5设定为图像G4的中央部分。

如图9所示,驱动量计算器67使用处置工具驱动单元69和套管驱动单元68来驱动接头驱动马达24和弯曲马达16,以使接头部22转动并且使弯曲部12弯曲。因此,驱动量计算器67将刀26移动到在操作指令中指定的位置和取向。同时,如图8所示,驱动量计算器67使内窥镜30弯曲,使得大肠P1的目标区域P3被投影在基准区域G5中(全体移动过程)。

如图9所示,当使弯曲部12弯曲时,内窥镜30在远端表面11a附近的部分也移动。随着内窥镜30的弯曲使得远端表面31a与目标区域P3相对,可以调节图像G4,使得大肠P1的目标区域P3投影在图像G4中的部分不会脱离基准区域G5。在本实施方式中,操作线的移动量由牵引量检测传感器17检测。操作线的移动量和弯曲部12的弯曲量之间的关系被存储在位置检测器64中。驱动量计算器67根据这些移动量和表计算出套管10的弯曲部12的弯曲量。当目标组织P2和远端表面11a之间的距离变为预定值时,驱动量计算器67可以做出调节,使得图像G4中的目标区域P3不脱离基准区域G5。

在此,使用使图10示出的医疗用机械手1的简化模型来描述使内窥镜30弯曲的角度。

形成为直线形状的内窥镜30以及大肠P1的目标区域P3被布置在套管10的轴线C1上。通过使用销30c连接在纵向方向上相邻的接头环30a和30b来配置内窥镜30。在图10和图11中,接头环30a和30b被示出为杆形。接头环30b的近端部附接至套管10的远端表面11a。也就是说,模型的内窥镜30具有一个自由度。

在此,从销30c到弯曲部12的弯曲中心Q的长度为La,并且从目标区域P3到弯曲中心Q的长度为Lb。

太阳城集团在柔性管部13太阳城集团目标区域P3的位置固定的状态下,如图11所示,弯曲部12被弯曲到角度θa。在此,从目标区域P3到销30c的长度Lc以及为使接头环30a的远端与目标区域P3,销30c所转动的角度θb表达为公式1和公式2。角度θa和θb的单位为弧度。

(公式1)

太阳城集团 L c = La 2 + Lb 2 - 2 L a L b c o s θ a ]]>

(公式2)

太阳城集团 θ b = π - L b L c sin - 1 θ a ]]>

当使套管10的弯曲部12弯曲而无需使内窥镜30弯曲时,在图8示出的图像G4中,目标区域P3和目标组织P2如图12示出地进行移动。在本实施方式中,随着基于操作线的移动量使内窥镜30弯曲,目标区域P3被移动到基准区域G5的中央部分,如图8所示。

太阳城集团在全体移动过程中,当使接头部22转动并且使弯曲部12弯曲的同时使内窥镜30弯曲时,如图13所示的图像G9显示在显示器50上。也就是说,虽然处置工具20相对于目标组织P2移动得相对较大,但在转动接头部22等之前和之后到图像G9中心的投影并未变化。

太阳城集团相应地,根据本实施方式的医疗用机械手1的控制方法终止。此后,根据需要,操作者O操作该操作臂43以使内窥镜30弯曲,并且调节视野范围R3。操作者O操作电源连接杆43a,以输出来自高频发生器200的高频电流。操作者O操作该操作臂42并使刀26与目标组织P2接触以切割目标组织P2。

在当操作臂控制模式被切换为刀操作模式时内窥镜30并未自动弯曲的情况下,操作转换开关44a以将成像部控制模式切换为视野非固定模式。

操作者O使处置工具20和内窥镜30变形为沿着轴线C1的直线形状。操作者O指示助手从大肠P1收回套管10。此后,操作者O执行必要的处置,一系列手术过程终止。

根据本实施方式的医疗用机械手1以及医疗用机械手1的控制方法,在操作该操作单元40以使刀26在范围R1内移动等情况下,当确定单元62确定了条件为部分移动条件时,因为套管10的弯曲部12并未弯曲,所以内窥镜30并未移动。与此同时,在使刀26移动超出范围R1等情况下,当确定单元62确定了条件为全体移动条件时,在使弯曲部12弯曲的同时,内窥镜30被弯曲,使得目标区域P3投影在图像G4的基准区域G5中。

太阳城集团为此,显示在显示器50上的图像的移动可以得到抑制。特别地,因为当刀26在范围R1内移动时内窥镜30并未移动,所以操作者O可以容易地识别显示在显示器50上的图像。

太阳城集团基于由牵引量检测传感器17检测的操作线的移动量来弯曲内窥镜30。为此,可以容易且迅速地调节内窥镜30的方向,例如,无需为了检测目标区域P3的位置而进行图像处理计算来调节内窥镜30的方向。

太阳城集团在成像部控制模式下,驱动单元63的驱动量计算器67具有视野固定模式和视野非固定模式。驱动量计算器67被配置成使得这些模式可以由脚踏开关44的转换开关44a切换。随着成像部控制模式如上所述进行配置,可以在仅使处置工具20的刀26移动而无需移动图像(视野固定模式)与图像随刀26移动(视野非固定模式)之间进行切换。为此,可以改进操作者O的操作性能。

太阳城集团因为刀26的取向以及刀26的位置得到控制,可以更精确地控制刀26的空间状态。

太阳城集团在本实施方式中,当确定单元62确定了条件为全体移动条件时,太阳城集团大肠P1的投影到图像的基准区域G5的中央部分的部分而自动设定目标区域P3。然而,可随着操作者O操作确认开关44b等设定大肠P1的目标区域P3。

太阳城集团具体而言,当操作者O操作确认开关44b以输入确认指令时,大肠P1投影到图像中心的部分可设定到目标区域P3。因此,可以容易地设定目标区域P3。由于目标区域P3可以由操作者O设定,所以可以根据操作者O的意图具体设定目标区域P3。

太阳城集团在变型例中,虽然大肠P1投影到图像中心的部分被设定到目标区域P3,但图像的设定到目标区域P3的部分并不限于中心而可以是边缘部分、角部等。

在本实施方式中,内窥镜30被插过套管10的通道18。然而,内窥镜30的近端部可附接至套管10的远端表面11a。

太阳城集团距离传感器被配置成测量大肠P1的目标组织P2和远端表面11a之间的距离,并且可设置在套管10的远端刚性部11处,使得可以调节大肠P1的目标组织P2和远端表面11a之间的距离。

(第二实施方式)

参考图9、图12和图14至图16来描述本发明的第二实施方式。在第二实施方式中,与第一实施方式相同的部件由相同的附图标记标示,其描述被略去,并且仅描述不同点。

如图14所示,除了根据第一实施方式的医疗用机械手1的部件以外,根据本实施方式的医疗用机械手2包括图像处理器81,图像处理器81用于校正设置在控制装置60处的目标区域位置。

太阳城集团通过太阳城集团由成像单元36获取的图像来执行已知的图像处理,图像处理器81检测图像中的目标区域P3的位置。例如,当从目标区域P3布置在基准区域G5的中央部分处的状态(如图8所示)使目标区域P3移动了距离L1而到达基准区域G5的边缘部分(如图12所示)时,使内窥镜30弯曲,将目标区域P3移动到基准区域G5的中央部分(如图8所示)。

在上述的第一实施方式中,基于由牵引量检测传感器17检测的操作线的移动量而使内窥镜30弯曲。另一方面,在本实施方式中,基于由成像单元36获取的图像使内窥镜30弯曲。

根据具有上述配置的根据本实施方式的医疗用机械手2,显示在显示器50上的图像在操作该操作单元40以移动处置工具20时的移动可以得到抑制,操作者O可以容易地识别图像。

太阳城集团因为基于图像中的目标区域P3的位置使内窥镜30弯曲,例如,即使操作线是细长的并且在存储在存储器中的表中指定的弯曲部12的弯曲量与操作线的移动量之间的关系变化时,目标区域P3的位置也可以被补偿,并且目标区域P3也可以更精确地移动到基准区域G5的中央部分。

即使套管10和内窥镜30的操作复杂时,目标区域P3也可以被精确地移动到基准区域G5的中央部分。

在本实施方式中,基准区域G5的尺寸可变化。也就是说,虽然基准区域G5由九个像素G7构成,但图15中示出的基准区域G11由整体上配置为矩形形状的二十五个像素G7构成。在该变型例中,基准区域G11的尺寸被设定成大于基准区域G5的尺寸。基准区域G11被设定到图像G4的中央部分。

太阳城集团例如,当从目标区域P3布置在基准区域G11的中央部分处的状态(如图15所示)使目标区域P3移动了距离L2而到达基准区域G11的边缘部分(如图16所示)时,使内窥镜30弯曲,将目标区域P3移动到基准区域G11的中央部分(如图15所示)。这种情况下的距离L2大于距离L1。也就是说,在该变型例中,从起动目标区域P3的移动到启动内窥镜30的弯曲的太阳城集团大于上述实施方式的太阳城集团。

根据具有上述配置的医疗用机械手2的变型例,随着基准区域的尺寸被调节,内窥镜30跟随目标区域P3的移动的精度或内窥镜30的操作稳定性可以被调节。也就是说,虽然基准区域增大时伴随的精度降低,但操作的稳定性得以提高。

太阳城集团由于大肠P1中的组织的形状、颜色等,存在着容易执行图像处理的部分和不容易执行图像处理的部分。可依据图像处理的难易性等来设定基准区域的尺寸。

在变型例中,基准区域G11的尺寸被设定成大于基准区域G5的尺寸。然而,基准区域G11的尺寸可设定成小于基准区域G5的尺寸。基准区域G5的形状并不限于矩形形状而可以是圆形形状。

当从目标区域P3布置在基准区域G5的中央部分处的状态移动目标区域P3直到到达基准区域G5的边缘部分时,使内窥镜30弯曲。然而,当从目标区域P3布置在基准区域G5的中央部分处的状态使目标区域P3移动到基准区域G5的外部而与基准区域G5间隔预定距离时,也可弯曲内窥镜30。

在第一实施方式和第二实施方式中,医疗用机械手3可具有如图17所示的配置。在变型例中,凹部11b形成在远端刚性部11的远端表面11a中。在远端刚性部11的远端表面11a处打开的通道91形成于套管10中。形成的通道91在轴线C1的方向上延伸。

处置工具100具有处置工具主体101,处置工具主体101由具有柔性的材料(诸如硅树脂等)形成为杆形。处置工具100没有如根据第一实施方式的处置工具20那样的接头。形成为杆形的刀26的近端部被固定到处置工具主体101的远端表面。

处置工具100被插入套管10的通道91中,以前进和后退。处置工具100在轴线C1的方向上与通道91的相对位置可以由设置在套管10处的处置工具进退马达(辅助可动部)(未示出)操作。也就是说,随着通过处置工具进退马达使处置工具100前进和后退,刀26可以以一个自由度太阳城集团远端刚性部11在轴线C1的方向上移动。在变型例中,刀26可以太阳城集团远端刚性部11移动的范围为范围R5。

太阳城集团不是通过使处置工具20的接头部22转动,而是通过由处置工具进退马达使处置工具100在轴线C1的方向上前进和后退,驱动量计算器67确定条件是部分移动条件还是全体移动条件。驱动单元63驱动处置工具进退马达使处置工具100前进和后退,而不是使用处置工具20的接头驱动马达24使接头部22转动。

内窥镜110具有成像单元(未示出),成像单元设置在形成为柱形的内窥镜主体111的远端部处。成像单元的视野范围为视野范围R7。

内窥镜110布置在远端刚性部11的凹部11b处。内窥镜110的近端部由轴构件116以可相对于远端刚性部11转动的方式加以支撑。内窥镜移动马达经由连杆机构(未示出)被连接到内窥镜110。随着内窥镜移动马达被驱动,内窥镜110可以围绕轴构件116相对于远端刚性部11转动。

太阳城集团在变型例中,套管10具有弯曲部12的两个自由度以及在其轴线C1的方向上进退的一个自由度,即,总计三个自由度。根据本发明的每个实施方式的套管优选地具有至少三个自由度。处置工具100具有在轴线C1的方向上进退的一个自由度。根据本发明的每个实施方式的处置工具优选地具有至少一个自由度。内窥镜110具有围绕轴构件116的一个自由度。根据本发明的每个实施方式的内窥镜优选地具有至少一个自由度。

即使在具有上述配置的医疗用机械手3中,也展现出与根据第一实施方式的医疗用机械手1相同的效果。

太阳城集团在第一实施方式和第二实施方式中,刀26的取向以及刀26的位置得到控制。然而,可仅控制刀26的位置。

在成像部控制模式下,驱动量计算器67可配置成仅包括视野固定模式,不包括视野非固定模式。

角度检测传感器23和接头驱动马达24设置在处置工具20的接头部22中。然而,例如,接头驱动马达24可设置成比远端刚性部11中的处置工具20等更接近近端,并且可通过连接到接头驱动马达24的驱动轴的线材(未示出)等使接头部22转动。接头驱动马达24的驱动轴的转数由诸如编码器等角度检测传感器23检测,并且可根据检测到的转数计算出由相邻管状体21形成的角度。也就是说,角度检测传感器23可设置在除接头部22之外的位置。

虽然处置部为刀26,但处置部的种类并不限于此。作为处置部,除了刀26,可适当地使用夹持部、圈套器、注射针等。

主可动部为可以弯曲的弯曲部12,并且辅助可动部为围绕轴线C2转动的接头部22。然而,可适当地选择主可动部和辅助可动部的移动方面,并且主可动部或辅助可动部可沿着直线形状的基准线移动。

上文中,虽然已经描述了本发明的优选实施方式,但本发明并不限于所述实施方式。在不脱离本发明的范围的情况下,可以对本发明做出增添、省略、替换和其它修改。本发明并不限于上述说明,而是仅由随附权利要求书的范围限制。

工业实用性

根据上述医疗用机械手,当操作者操作该操作单元以移动处置工具时,显示在显示器上的图像的移动可以得到抑制。因此,操作者可以容易地识别图像。

附图标记列表

太阳城集团G1、G2、G4、G9 图像

太阳城集团G5、G11        基准区域

1、2、3        医疗用机械手

太阳城集团10             套管(插入部)

太阳城集团11             远端刚性部

12             弯曲部(主可动部)

18、91         通道

20、100        处置工具(机械手)

26             刀(处置部)

太阳城集团22             接头部(辅助可动部)

太阳城集团30、110        内窥镜(成像部)

40             操作单元

50             显示器

60             控制装置

62             确定单元

太阳城集团63             驱动单元

太阳城集团本文
本文标题:医疗用机械手和医疗用机械手的控制方法.pdf
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